3.2.1.1. Phõn tớch vựng phủ
Quỏ trỡnh phõn tớch vựng phủ vụ tuyến là thực hiện khảo sỏt cỏc địa điểm cần phủ súng và kiểu vựng phủ cần cung cấp cho cỏc địa điểm này. Cỏc loại vựng phủ thụng thường được xột như: cỏc vựng thương mại-du lịch, cỏc vựng dõn số cú mật độ dõn số cao và cỏc đường cao tốc chớnh. Do vậy cần phải cú cỏc thụng tin về cỏc vựng cần phủ súng. Cỏc thụng tin cú thể dựa trờn bản đồ, cỏc số liệu thống kờ, dự bỏo như: mật độ dõn cư (thành phố, ngoại ụ, nụng thụn), khu thương mại-du lịch, khu cụng nghiệp…
Mục đớch của quỏ trỡnh khảo sỏt này bao gồm:
- Để đảm bảo cung cấp một dung lượng phự hợp cho cỏc vựng này
- Biết được đặc điểm truyền súng của vựng để xỏc định mụi trường truyền súng vỡ mỗi mụi trường sẽ cú tỏc động trực tiếp đến mụ hỡnh truyền súng.
Cỏc thụng tin về vựng phủ sẽ được dựng để chuẩn bị bước quy hoạch vựng phủ ban đầu. Thụng thường quy hoạch vựng phủ súng WCDMA thường quan tõm đến cỏc loại hỡnh phủ súng sau:
Vựng phủ súng Đặc điểm
Dense urban (Đụ thị đụng đỳc)
Thụng thường đõy là khu vực đụng dõn cư với nhiều nhà cao tầng, là khu trung tõm với văn phũng và cỏc trung tõm mua sắm, giải trớ, nhà ga…
Urban (Đụ thị)
Thụng thường đõy là cỏc khu vực đường phố và cõy xanh xen kẽ một vài tũa nhà cao tầng, cỏc tũa nhà cao tầng cỏch xa nhau
Sub Urban
(Ngoại ụ)
Khu ngoại ụ với cỏc nhà vườn và cụng viờn, khu nghỉ dưỡng…
Rural (nụng
thụn) Khu vực nụng thụn
Bảng 3-1 Cỏc loại hỡnh phủ súng phổ biến
Một yếu tố nữa cũng ảnh hưởng đến vựng phủ súng là xỏc định vựng phủ theo dịch vụ. Như đó biết hệ thống WCDMA là hệ thống đa truy nhập dịch vụ với cấu trỳc đa kờnh cú thể sử dụng được nhiều dịch vụ. Một số dịch vụ chớnh thường dựng trong hệ thống truy nhập WCDMA:
Đồ ỏn tốt nghiệp ĐH Chương III: Định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA
Bảng 3-2 Cỏc loại loại dịch
vụ chớnh của WCDMA
Ứng với mỗi loại
hỡnh dịch vụ sẽ cú bỏn kớnh phục vụ tương ứng phụ thuộc vào mó trải phổ, cụng suất phỏt cực đại và chất lượng dịch vụ yờu cầu. Tựy theo mỗi khu vực và dự bỏo nhu cầu sử dụng dịch vụ thỡ sẽ cú cỏc bỏn kớnh phục vụ khỏc nhau, chẳng hạn như hỡnh dưới đõy sẽ mụ tả bỏn kớnh tối đó của cỏc loại dịch vụ (ứng trường hợp dịch vụ sử dụng liờn tục)
Hỡnh 3.4: Vựng phủ súng của cell theo cỏc loại dịch vụ khỏc nhau.
Từ cỏc yờu cầu về vựng phủ theo nhu cầu dịch vụ và kiểu vựng phủ, ta tiến hành định cỡ mạng theo vựng phủ. 3.2.1.2. Định cỡ theo vựng phủ Kiểu kờnh Cỏc dịch vụ hỗ trợ CS 12.2K Voice CS 64K Video Phone PS 64K Email, Web
PS 384K Email, Web ,Video Streaming, Mobil
TV
Hỡnh 3.5: Cỏc bước tớnh toỏn bỏn kớnh cell theo vựng phủ
Hỡnh 3.5 đưa ra cỏc bước tớnh toỏn bỏn kớnh cell theo vựng phủ. Từ bỏn kớnh cell ta sẽ tớnh được số cell theo diện tớch vựng. Phần tiếp theo ta sẽ tỡm hiểu về quỹ đường truyền để tỡm suy hao đường truyền lớn nhất giữa mỏy di động và trạm gốc, kết hợp cỏc độ dữ trữ sẽ cho kết quả của tổn hao cho phộp với vựng phủ.
3.2.2 Quỹ năng lượng truyền súng
Trong phần này sẽ đề cập tới năng lượng truyền súng của WCDMA. Để xỏc định vựng phủ cực đại của cell nhà thiết kế phải tớnh toỏn tổn hao đường truyền cực đại cho phộp đảm bảo cường độ tớn hiệu phự hợp ở biờn giới cell cho chất lượng tiếng chấp thuận trờn 90% vựng phủ. Trong năng lượng truyền súng cú tớnh đến tăng ớch anten, suy hao cỏp, độ lợi phõn tập, dự trữ fading,… Kết quả của việc tớnh năng lượng đường truyền là suy hao đường truyền cho phộp lớn nhất, từ đú suy ra được bỏn kớnh cell và do vậy tớnh được số cell cần thiết trong khu vực quy hoạch.
Cỏc thành phần xỏc định tổn hao đường truyền được gọi là quỹ năng lượng đường truyền (RLB: Radio link budgets). Quỹ đường truyền tổng quỏt cho cả đường lờn và đường xuống bao gồm cỏc thành phần sau:
(a) Cụng suất mỏy phỏt (dBm)
(a1) Cụng suất mỏy phỏt trung bỡnh trờn một kờnh lưu lượng TCH(dBm): là giỏ trị
trung bỡnh của cụng suất phỏt tổng trờn một chu trỡnh truyền dẫn với cụng suất phỏt cực đại lỳc bắt đầu phỏt.
Độ dự trữ đảm bảo cho cỏc dịch vụ trong trường hợp bị che khuất hay indoor
[dB]
Suy hao đường truyền lớn nhất giữa anten mỏy di động và anten trạm gốc
Cỏc thụng số hệ thống
Xỏc suất vựng phủ yờu cầu
Mụ hỡnh truyền súng để chuyển đối suy
hao thành bỏn kớnh cell R Kiểu vựng, tần
Đồ ỏn tốt nghiệp ĐH Chương III: Định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA
(a2) Cụng suất mỏy phỏt cực đại trờn một kờnh lưu lượng (dBm): cụng suất tổng cộng
tại đầu ra của mỏy phỏt cho một kờnh lưu lượng đơn.
(a3) Cụng suất mỏy phỏt tổng cộng cực đại (dBm): tổng cụng suất phỏt cực đại của tất cả cỏc kờnh.
(b) Tổn hao do ghộp, giắc cắm và do cỏp(mỏy phỏt) (dB) suy hao tổng cộng của tất cả cỏc thành phần của hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của mỏy phỏt và đầu vào anten.
(c) Độ lợi anten phỏt (dBi) tăng ớch cực đại của anten phỏt trong mặt phẳng ngang (xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạ đẳng hướng).
(d) EIRP của mỏy phỏt (dBm)
(d1) EIRP của mỏy phỏt trờn một kờnh lưu lượng (dBm): tổng cụng suất đầu ra mỏy
phỏt cho một kờnh (dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB) và tăng ớch anten mỏy phỏt (dBi) theo hướng bức xạ cực đại.
(d2). EIRP của mỏy phỏt: tổng của cụng suất mỏy phỏt của tất cả cỏc kờnh (dBm), cỏc suy hao do hệ thống truyền dẫn (-dB), và tăng ớch anten phỏt (dBi).
(e). Độ lợi anten thu (dBi) tăng ớch tối đa của anten thu trong mặt phẳng ngang; nú được xỏc định theo dB so với một vật phỏt xạ đẳng hướng.
(f). Tổn hao do bộ chia, đầu nối và do cỏp (Mỏy thu) (dB) bao gồm cỏc tổn hao của tất cả cỏc thành phần trong hệ thống truyền dẫn giữa đầu ra của anten thu và đầu vào của mỏy thu .
(g). Hệ số tạp õm mỏy thu (dB) hệ số tạp õm của hệ thống thu tại đầu vào mỏy thu.
(h) (H). Mật độ tạo õm nhiệt, N0(dBm/Hz): cụng suất tạp õm trờn một Hz tại đầu vào
mỏy thu. Lưu ý rằng (h) là đơn vị logarit cũn (H) là theo đơn vị tuyến tớnh.
(i) (I). Mật độ nhiễu mỏy thu I0 (dBm/Hz) cụng suất nhiễu trờn một Hz tại đầu vào mỏy thu. Nú tương ứng với tỷ số cụng suất nhiễu trong dải trờn độ rộng băng tần. Lưu ý (i) là theo đơn vị logarit và (I) theo đơn vị tuyến tớnh. Mật độ nhiễu mỏy thu I0 đối với đường xuống là cụng suất nhiễu trờn một Hz tại mỏy thu MS ở biờn giới vựng phủ súng, trong một cell phớa trong.
(j) Mật độ tạp õm nhiễu hiệu dụng tổng cộng (dBm/Hz) tổng logarit của mật độ tạp õm mỏy thu và hệ số tạp õm mỏy thu cộng số học với mật độ nhiễu mỏy thu.
(k). Tốc độ thụng tin (10log10(Rb)) (dBHz) tốc độ bit của kờnh theo (dBHz); việc lựa chọn Rb phải phự hợp với cỏc giả thiết Eb.
(l) Tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu (dB) tỷ số giữa năng lượng thu được của một bớt thụng tin trờn mật độ cụng suất nhiễu và tạp õm hiệu dụng cần thiết để thoả món được cỏc mục tiờu về chất lượng.
(m). Độ nhạy mỏy thu (j+k+l) (dBm) mức tớn hiệu cần đạt được tại đầu vào mỏy thu để cú được tỷ số Eb/(N0+I0) yờu cầu.
(n) Độ lợi/ Suy hao chuyển giao (dB) độ lợi/suy hao (ữ) do việc chuyển giao để duy trỡ độ tin cậy cụ thể tại biờn giới cell.
(o) Tăng ớch (độ lợi) phõn tập (dB) tăng ớch hiệu dụng đạt được nhờ sử dụng cỏc kỹ thuật phõn tập. Nếu tăng ớch phõn tập đó được gộp trong Eb/(N0+I0), thỡ nú sẽ khụng được đưa thờm ở đõy.
(o’) Cỏc độ lợi khỏc (dB) cỏc độ lợi phụ, vớ dụ như đa truy nhập phõn tập theo khụng gian cú thể tạo thờm tăng ớch anten.
(p) Độ dự trữ phadinh chuẩn Log (dB) được xỏc đinh tại biờn giới cell đối với cỏc cell riờng lẻ ứng với độ dự trữ yờu cầu để cung cập xỏc suất phủ súng xỏc định trờn cỏc cell riờng lẻ.
(q). Suy hao đường truyền tối đa (dB) suy hao tối đa để cho phộp để mỏy thu cú thể thu được tớn hiệu từ mỏy phỏt tại biờn giới cell:
Suy hao tối đa = d1–m+(e-f)+o+o’+n-p
(r). Bỏn kớnh tối đa, Rmax (km) được tớnh toỏn cho mỗi hoàn cảnh triển khai, nú được xỏc định bằng bỏn kớnh ứng với suy hao tối đa.
Trong WCDMA, cú một số cỏc thụng số đặc biệt trong quỹ đường truyền mà khụng được sử dụng trong hệ thống truy nhập vụ tuyến của GSM, đú là:
- Độ dự trữ nhiễu: Độ dữ trữ nhiễu là một hàm số của tổng cộng tải trong cell. Tải của cell và hệ số tải tỏc động nờn vựng phủ, nờn cần phải cú độ dự trữ nhiễu. Nếu cho phộp tải trong hệ thống càng lớn, độ dữ trữ nhiễu cần thiết cho đường lờn càng lớn và vựng phủ càng nhỏ. Giỏ trị tải tổng cộng cú ảnh hưởng trực tiếp đến vựng phủ cell và vỡ thế mà ảnh hưởng giỏn tiếp đến chất lượng của cỏc dịch vụ.
Quan hệ giữa hệ số tải và độ dự trữ nhiễu như sau:
10
10*log (1 )
IM = − −η (3.1)
- Độ lợi chuyển giao mềm: Chuyển giao mềm hay ứng cung cấp một độ lợi chống lại Fading chậm bằng cỏch giảm độ dự trữ Fading chuẩn log yờu cầu. Do trờn thực tế Fading chậm một phần khụng tương quan giữa cỏc cell và bằng cỏch thực hiện chuyển giao, mỏy di động cú thể chọn lựa một liờn kết thụng tin tốt hơn. Hơn nữa, chuyển giao mềm đem lại một độ lợi phõn tập bổ sung chống lại Fading nhanh bằng cỏch giảm Eb/N0 tuỳ theo liờn kết vụ tuyến đơn do tỏc dụng của việc kết hợp phõn tập macro. - Độ dự trữ Fading nhanh ( bằng khoảng hở điều khiển cụng suất): Một số khoảng
hở cần cho cụng suất phỏt của trạm di động để duy trỡ việc điều khiển cụng suất hợp lý. Thụng số này được ỏp dụng một cỏch đặc biệt cho MS di chuyển chậm mà tại đú điều khiển cụng suất nhanh cú thể bự Fading nhanh một cỏch hiệu quả. Ngoài cỏc yếu tố anten ảnh hưởng đến quỹ cụng suất đường truyền như suy hao, độ lợi, cụng suất phỏt… Thỡ cũn thụng số cần quan tõm chớnh là độ cao anten. Thụng thường khi thực hiện lắp đặt hệ thống WCDMA từ hệ thống 2G hiện cú thỡ anten thường được lắp đặt chung với cột anten của hệ thống 2G, độ cao anten của hệ thống mới theo loại vựng phủ sẽ cú giỏ trị như sau:
Đồ ỏn tốt nghiệp ĐH Chương III: Định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA
Loại Vựng Độ cao anten
Thành phố lớn 25~30 m
Thành phố vừa và nhỏ 30~35 m
Ngoại ụ 35~40 m
Bảng 3-3: Thụng số độ cao anten theo vựng phủ súng
Bảng 3.4 sau cho thấy một mẫu của quỹ đường truyền, tổng số cỏc suy hao đường truyền lờn và xuống.
Thụng số Đường
xuống
Đường lờn Đơn vị
(a1) Cụng suất trung bỡnh TX/TCH 30 24 dBm
(b) Cỏp, đầu nối, và bộ kết hợp 2 0 dB
(c) Độ lợi anten phỏt 13 0 dBi
(d1) TX EIRP/TCH a - b + c 41.0 24.0 dBm
(e) Độ lợi anten thu 0 13 dB
(f) Cỏp, đầu nối, và tổn hao do bộ chia tại mỏy thu
0 2 dB
(g) Hệ số tạp õm mỏy thu 5 5 dB
(h) Mật độ tạp õm nhiệt -174 -174 dBm/Hz
(i) Mật độ nhiễu mỏy thu -1000 -1000 dBm/Hz
(j) Nhiễu tổng + mật độ nhiễu (g + h + i)
-169 -169 dBm
Tốc độ thụng tin (Rb) 8 8 kHz
(k) 10 log(Rb) 39.03 39.03 dBHz
(l) Eb/(No + Io) yờu cầu 8 6.6 dB
(m) Độ nhạy độ nhạy mỏy thu (j + j +-122.0 -123.4 dBm
(n) Độ lợi/suy hao chuyển giao 5 5 dB
(o’) Độ lợi khỏc 0 0 dB
(p) Độ dự trữ phadinh chuẩn Log 11.3 11.3 dB
(q) Suy hao đường truyền tối đa (d - m+(e - f) + n + o)
153.67 149.07 dB
(r) Bỏn kớnh tối đa 4.84 3.61 km
Bảng 3-4:Cỏc thụng số quỹ đường truyền
(Nguồn: WCDMA-Towards IP Mobility and Mobile Internet, Ojanpera and Prasad)
Sau đõy sẽ đưa ra cỏc vớ dụ về quỹ đường truyền cho cỏc dịch vụ UMTS điển hỡnh: Dịch vụ thoại 12.2kbps sử dụng bộ mó hoỏ, giải mó thoại đa tốc độ thớch nghi AMR, dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps và dịch vụ dữ liệu phi thời gian thực 384kbps trong mụi trường tế bào macro đụ thị với độ tăng tạp õm đường lờn là 3dB.
Cỏc thụng số giả thiết trong quỹ đường truyền của mỏy phỏt và mỏy thu được chỉ ra trong bảng sau:
Đầu cuối thoại Đầu cuối dữ liệu
Cụng suất phỏt lớn nhất 21dBm 24 dBm
Tăng ớch anten 0dBi 2dBi
Suy hao cơ thể 3dB 0dB
Bảng 3-5: Giả thiết cho mỏy di động
Nhiễu 5dB
Tăng ớch của Anten 18 dBi (trạm gốc 3 sector)
Eb/N0 yờu cầu Thoại : 5.0dB
Dữ liệu thời gian thực 144 kbps: 2.5 dB Dữ liệu phi thời gian thực 384kbps: 1.0 dB
Suy hao cỏp 2.0 dB
Bảng 3-6: Giả thiết cho trạm gốc
Quỹ đường truyền trong bảng 3-7 dưới đõy được tớnh toỏn cho tốc độ thoại 12.2 kbps đối với người sử dụng trong xe bao gồm suy hao trong xe là 8.0dB. Trường hợp này khụng sử dụng độ dữ trữ phadinh bởi vỡ tại tốc độ 120kbps điều khiển cụng suất nhanh khụng thể bự phadinh. Giả sử Eb/N0 yờu cầu là 5.0dB. Eb/N0 yờu cầu tuỳ thuộc vào tốc độ bit, tốc độ di động, cỏc thuật toỏn mỏy thu và cấu trỳc anten trạm gốc. Đối với cỏc thuờ bao di chuyển chậm, Eb/N0 yờu cầu thấp nhưng lại đũi hũi độ dữ trữ pha đinh nhanh . Dịch vụ thoại 12,2 kbps (đi xe tốc độ 120 km/h) Mỏy phỏt MS Cụng suất phỏt cực đại 0,125 W (21 dBm) A
Hệ số khuếch đại của anten (dBi) 0.0 B
Tổn hao cơ thể (dB) 3,0 C
EIRP (dB) 18 D= a+b-c
Mỏy thu trạm gốc
Mật độ phổ tạp õm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 Eb/N0 yờu cầu
Hệ số tạp õm mỏy thu trạm gốc (dB) 5,0 F
Mật độ phổ tạp õm mỏy thu (dBm/Hz) -169,0 G=e+f
Cụng suất tạp õm mỏy thu (dBm) -103,2 H=g+10ìlg(384*104)
Đồ ỏn tốt nghiệp ĐH Chương III: Định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA
Cụng suất nhiễu ở mỏy thu (dBm) -103,2 j=10ìlg(100,1(h+i)-100,1h)
Tổng tạp õm hiệu dụng và nhiễu (dBm) -100,2 K=h+i
Độ lợi xử lý (dB) 25,0 l=10ìlg(3840/12,2)
Eb/N0 yờu cầu (dB) 5,0 M
Độ nhạy mỏy thu (dBm) -120,2 N=m-l+k
Cỏc phần tử khỏc
Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 O
Tổn hao cỏp ở BS (dB) 2,0 P
Dự trữ phađinh nhanh 0,0 q
Tổn hao đường truyền cực đại 154,2 r=d-n+o-p-q
Xỏc suất phủ súng (%) 95
Hằng số phađinh log chuẩn (dB) 7,0
Thừa số mụ hỡnh truyền súng 3,52
Dự trữ phađinh log chuẩn (dB) 7,3 s
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 3,0 t
Tổn hao trong xe (dB) 8,0 u
Tổn hao truyền súng cho phộp đối với vựng phủ của ụ (dB)
141,9 v=r-s+t-u
Bảng 3-7Quỹ đường truyền tham khảo cho dịch vụ thoại 12.2 kbps
(120km/h, người sử dụng ở trong xe ụ tụ, kờnh Verhicular A với chuyển giao mềm).
(Nguồn: WCDMA for UMTS, Holma and Toskola)
Giỏ trị q đưa ra suy hao đường truyền lớn nhất giữa anten mỏy di động và trạm gốc. Độ dự trữ bổ sung r và t cần để đảm bảo cho vựng phủ indoor với sự cú mặt của vật che khuất. Sự che khuất gõy ra bởi cỏc toà nhà, quả đồi …và được mụ hỡnh hoỏ bởi pha đinh chuẩn log. Giỏ trị u dựng để tớnh kớch cỡ cell.
Bảng 3-8 chỉ ra rằng quỹ đường truyền của dịch vụ dữ liệu thời gian thực 144 kbps với xỏc suất trong nhà là 80% được hỗ trợ bởi trạm gốc ngoài trời chỉ khỏc với dịch vụ thoại 12.2 kbps về độ lợi xử lý, cụng suất phỏt mỏy di động cao hơn, và Eb/N0 yờu cầu thấp hơn. Hơn nữa, khoảng hở là 4.0dB được dự trữ cho điều khiển cụng suất nhanh cú thể bự cho phadinh tại tốc độ 3km/h. Giả sử suy hao thõm nhập toà nhà bỡnh quõn là 15dB.
Dịch vụ thoại số liệu thời gian thực 144 kbps Mỏy phỏt MS
(24 dBm)
Hệ số khuếch đại của anten (dBi) 2.0 b
Tổn hao cơ thể (dB) 0,0 c
EIRP (dB) 26 d= a+b+c
Mỏy thu trạm gốc
Mật độ phổ tạp õm nhiệt (dBm/Hz) -174,0 e
Hệ số tạp õm mỏy thu trạm gốc (dB) 5,0 F
Mật độ phổ tạp õm mỏy thu (dBm/Hz) -169,0 G=e+f
Cụng suất tạp õm mỏy thu (dBm) -103,2 H=g+10ìlg(384*104)
Dự trữ nhiễu 3,0 I
Cụng suất nhiễu ở mỏy thu (dBm) -103,2 J=10ìlg(100,1(h+i)-100,1h)
Tổng tạp õm hiệu dụng và nhiễu (dBm) -100,2 k=h+i
Độ lợi xử lý (dB) 14,3 l=10ìlg(3840/12,2)
Eb/N0 yờu cầu (dB) 1,5 m
Độ nhạy mỏy thu (dBm) -113,0 n=m-l+k
Cỏc phần tử khỏc
Hệ số khuếch đại anten trạm gốc (dBi) 18,0 o
Tổn hao cỏp ở BS (dB) 2,0 p
Dự trữ phađinh nhanh 4,0 q
Tổn hao đường truyền cực đại 151,0 r=d-n+o-p-q
Xỏc suất phủ súng (%) 80
Hằng số phađinh log chuẩn (dB) 12,0
Thừa số mụ hỡnh truyền súng 3,52
Dự trữ phađinh log chuẩn (dB) 4,2 s
Độ lợi chuyển giao mềm (dB) 2,0 t
Tổn hao trong nhà (dB) 15,0 u
Tổn hao truyền súng cho phộp đối với vựng phủ của ụ (dB)
133,8 v=r-s+t-u
Bảng 3-8: Quỹ đường truyền của cỏc dịch vụ thời gian thực tốc độ 144kbps (vận tốc di động 3km/h, người sử dụng trong nhà được phục vụ bởi BS ngoài trời, kờnh
Vehicular A, với chuyển giao mềm)
Đồ ỏn tốt nghiệp ĐH Chương III: Định cỡ và quy hoạch mạng WCDMA